自动气象站数据采集器校准方法

韩广鲁，孙 嫣，任 燕，边文超（山东省气象局大气探测技术保障中心，济南 250031）

自动气象站数据采集器校准方法

韩广鲁，孙 嫣，任 燕，边文超
（山东省气象局大气探测技术保障中心，济南 250031）

摘要：总结了数据采集器校准实践工作的多年经验，给出了自动气象站采集器的校准方法、操作步骤及注意事项。并以使用JJQ1型信号模拟器校准DT50采集器为例，介绍了示值校准方法和流程，同时列举了选用其他型号信号模拟器作为标准器的校准方法，以及校准新型自动气象站数据采集器、校准正在使用中的采集器等的注意事项，并给出了示值误差的计算方法。

关键词：自动气象站；数据采集器；信号模拟器；校准方法

引言

对数据采集器进行周期性校准[1]，并根据校准结果调整通道误差或者更换采集器，是保证自动站观测数据准确性的基础工作[2]。从2010年以来山东省开展自动站采集器现场校准的结果来看，有大量的数据采集器模拟通道校准结果误差偏大[3]，通道误差数值甚至超过相应传感器的允许误差。2013年中国气象局制定的《综合气象观测系统发展规划（2014—2020年）》对气象计量工作提出了明确的要求：要建立、完善直接观测气象要素的计量检定和现场校准方法，严格计量检定程序和技术要求，健全计量标准器具和配套的检定、校准装置，逐渐形成覆盖所有地面气象观测装备的计量能力，保证各类观测数据的准确性。但在当前的气象计量工作中，尚缺少成熟的数据采集器校准方法，因此，总结制定一套科学的、可操作性强的，适用于实验室或现场校准自动气象站或新型自动气象站数据采集器的校准方法成为当务之急。

1 校准原理

自动气象站数据采集器是从传感器或变送器等设备采集数据后，由内部的微处理器按规定算法进行运算处理和质量控制，生成各气象要素观测值，再以规定的数据格式将这些观测值存储在存储器内，并能按规定响应传输要求的设备。采集器通道是采集器输入输出信号的传输路径，分为数字量采集通道和模拟量采集通道[4]。校准数据采集器通道示值误差的标准器是信号模拟器[5-6]，它是用于校准自动气象站采集器的标准信号发生器，它能够高精度的模拟多种气象要素传感器的输出信号。

根据被校准采集器通道的信号类型、采集精度（准确度等级）等选择适用的标准信号模拟器。可以选择集成了多种要素类型的综合型信号模拟器，也可以根据采集器各个通道的性能指标，分别选择相适应的信号模拟器，如，温度通道可以选择高精度的固定无源电阻器作为标准器，但作为标准器的信号模拟器的准确度等级要高于被校准采集器。

2 校准方法

2.1 外观检查

校准数据采集器时一般先进行外观检查，外观检查符合要求的采集器才进行示值误差校准。

外观检查的项目和要求包括：采集器应有明显的型号、出厂编号、生产厂家等标志；外型结构应完好，表面不应有明显的凹迹、裂缝、变形等现象；涂层不应起泡、龟裂和脱落；金属件不应有严重锈蚀及其它机械损伤；各通道传感器连接线、通信线、电源线、太阳能连接线等的连接牢固可靠。

2.2 示值校准方法

校准工作要在满足数据采集器和信号模拟器使用条件的环境中进行。

以使用JJQ1型信号模拟器校准DT50采集器为例，介绍示值校准流程和方法。在开机前，将信号模拟器、采集器与校准用电脑同时接地，校准时，信号模拟器通常使用内部电池供电，开机后根据需要预热20min。校准时，用通信线将采集器与电脑连接。在信号模拟器的电脑控制软件中新建被校采集器信息，设置通信参数，实现信号模拟器、采集器与管理系统软件之间的通信连接。关闭采集器电源，将信号模拟器信号输出线与采集器对应的输入插孔连接，打开采集器电源开关，在信号模拟器的电脑控制软件中选择相应通道，按表1选择校准点，发送命令，给采集器输入标准信号。经充分稳定后（每个校准点的稳定时间为3～10 min），即当通道示值与设定校准点值接近并在2～3 min内保持不变后，使用信号模拟器的电脑控制软件读取数据。由于信号模拟器的输出信号之间相互干扰，所以应逐一开展各要素通道的校准工作。所有通道校准完成后，使用信号模拟器的电脑控制软件处理并给出校准证书。

表1　数据采集器各通道参考校准点

在校准点的选择中，各地也可根据所处的地理位置、海拔高度和气象要素年极值等条件选择相应的校准点。风向校准点是根据7位格雷码的全“0”状态和全“1”状态确定的，解决了角度区间的缺测问题[7]。

使用其他类型如没有配套管理软件、只有单项或部分要素的信号模拟器校准采集器时，可以使用信号模拟器的调节旋钮或操作面板按钮设定相应的校准点，充分稳定后，使用采集器监控软件或采集器面板显示器读取通道示值结果，后将数据记录到数据记录表中。每个校准点连续读取3次数据(降水数据仅记录每分钟的变化量)，读数时间间隔不小于1 min。

对于新型自动站采集器，如DZZ4型自动气象站，由于其采集系统是由主采集器、温湿分采、地温分采、辐射分采等组成的，且它们分散布置在观测场中不同位置[8]，因此，校准时就要采用对主采集器和分采集器进行分别校准的方法。

校准正在使用中的采集器，还需做好下列准备：选择校准时段应避开整点、日极值等数据出现的时间；先通知观测人员断开其自动站监控软件，从采集器端断开其数据通信线，再将采集器通信线与现场校准用电脑连接；完成校准后，断开采集器与电脑间的通信线，连接好台站观测所用的通信线，通知观测人员打开监控软件查看通信情况并及时处理因校准产生的异常数据。

对于可修改系统时间的采集器（如DT50）[9]，建议先修改其系统日期至距当前时间1a以上的某一日，避免因校准产生的异常数据残留在采集器中影响当前的整点或日极值等数据，完成校准后再将系统日期修改回当前日期。

3 示值误差计算

被校采集器的读数值与标准值之差为通道示值误差。

采集器某一通道在某一校准点的示值误差计算公式如下：

（1）式中：

ΔX——各通道（如温度）在某一校准点的示值误差；

Xs——标准信号模拟器在该校准点的标称值；

ΔXs——标准信号模拟器在该校准点的修正值。

4 结语

从2003年开始，全国已经建设了包括国家级和区域自动站在内的超过4万台自动气象站，多数区域自动站尤其是数据采集器，从建站后就一直使用，从未校准，使得观测数据的可靠性无从可考。此文提出的采集器校准操作方法及其注意事项适用于实验室或现场校准，是多年的采集器校准实践工作的经验总结，可为数据采集器计量校准工作提供技术参考，保证气象探测数据的准确性。

参考文献：

[1] 施昌彦．测量仪器特性评定指南[M]．北京：中国计量出版社， 2003：35-36.

[2] 朱乐坤，李林．前向散射能见度仪校准技术[J]．气象科技， 2013，41(6)：1003-1007.

[3] 韩广鲁，孙嫣，边文超，等．CAWS600型自动气象站采集器通道误差修正[J]．气象科技，2012，40(5)：755-758.

[4] 梁志国，周艳丽，王章全，等．JJF1048 数据采集系统校准规范[S]．北京：中国航空工业总公司第三○四研究所， 1995: 4.

[5] 李伟雄．自动气象站数据采集器常用校准方法[J]．中国计量，2008，(5)：83-84.

[6] 刘军，王力，胡林宏，等. CQSSJ-1标准信号发生器在DYYZII型采集器校准中的应用[J]．气象水文海洋仪器，2012，(2)：81-83.

[7] 郑亮，张天华，张虎，等. 自动气象站风向测量系统现场校准方法改进的探讨[J]．气象科技，2014，42(4)：593-596.

[8] 中国气象局．地面气象观测规范[M]．北京：气象出版社，2008：5-7.

[9] 李黄．自动气象站实用手册[M]．北京：气象出版社，2007：131.

作者简介：韩广鲁（1985─），男，陕西铜川人，硕士，工程师，主要从事气象计量工作。

收稿日期：2014-07-02

中图分类号：P415.1

文献标识码：B

文章编号：1005–0582（2015）01–0057–03